戴旭鵬，朱紀(jì)青，黃松林，陳怡伯，唐 超

（南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院有限公司，南京 211112）

0 前言

玻璃及玻璃纖維的生產(chǎn)是將按玻璃配方制備的配合料進(jìn)行窯爐高溫熔制，經(jīng)過澄清，均化，冷卻等過程最終制備成玻璃及玻璃纖維。在整個(gè)過程中，通過對(duì)玻璃或玻璃纖維中的化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的快速檢測(cè)，進(jìn)而掌握玻璃成分的波動(dòng)情況。通過配合料配方的微調(diào)使產(chǎn)品的化學(xué)成分在規(guī)定范圍內(nèi)波動(dòng)是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。

玻璃或玻璃纖維的化學(xué)成分非常復(fù)雜，通常由多種元素的氧化物組成，目前主要的玻璃成分的分析方法以化學(xué)分析方法為主［1］，采用GB/T 1549-2008纖維玻璃化學(xué)分析方法的規(guī)定，并通過儀器分析方法如原子發(fā)射光譜（ICP），原子吸收光譜（AAS），分光光度計(jì)等設(shè)備輔助分析雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。以重量法和容量法為主的這些方法耗時(shí)長，過程復(fù)雜，同時(shí)操作者的熟練程度要求較高，難以及時(shí)地獲得生產(chǎn)過程中玻璃的成分波動(dòng)信息。而ICP和AAS等儀器分析方法，需要將樣品通過強(qiáng)堿熔化或強(qiáng)酸熔化等過程制備成溶液，檢測(cè)時(shí)間較長［2］。

X射線熒光光譜儀由于無損分析，制樣簡單，分析速度快，并可以同時(shí)對(duì)材料中的多種組分進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測(cè)定，逐漸被人們所接受和重視［3］。隨著電子技術(shù)及國內(nèi)新一代波長色散的X射線熒光光譜儀聯(lián)機(jī)軟件的發(fā)展，X射線熒光光譜分析法的準(zhǔn)確性有了極大的提高［4-6］。本文采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法，結(jié)合X射線熒光光譜法對(duì)玻璃樣品中的SiO2，Al2O3，CaO，MgO，Na2O，Sb2O5，BaO，V2O5等8種成分進(jìn)行快速定量分析，滿足了玻璃生產(chǎn)工藝的需要。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與設(shè)備

本文中用于標(biāo)樣制備的原料純度均為分析純，待測(cè)玻璃來源于窯爐生產(chǎn)線。

EDX4500H，能量色散X熒光光譜儀，江蘇天瑞儀器股份有限公司；

節(jié)能式快速升溫爐，湖南湘潭華豐儀器制造有限公司；

石墨模具。

1.2 制樣

X射線熒光光譜儀進(jìn)行成分分析的制樣方法為2種：壓片法和熔片法。壓片法是將研磨好的玻璃粉末和甲基纖維素以9∶1的比例在研缽中混合，加入到模具中，并以硼酸輔助在壓片機(jī)中制備成直徑40 mm，厚度4 mm左右的圓片狀樣品，該方法速度快，但不能很好的消除基體效應(yīng)，且存放較長時(shí)間后，樣品會(huì)吸潮粉化。熔片法是直接將玻璃制備成直徑40 mm，厚度4 mm左右的圓片樣品，消除基體效應(yīng)，本文采用的方法是熔片法，具體過程如下：

（1）取配方原料或玻璃約150 g放入到鉑銠合金坩堝中。

（2）設(shè)定升溫曲線，溫度控制為1500 ℃，將鉑銠坩堝放入到馬弗爐中進(jìn)行熔化，保溫4 h。

（3）高溫下將鉑銠坩堝取出，將玻璃液倒入石墨模具中制備直徑40 mm的待測(cè)樣品。

（4）將制備的玻璃圓片放入馬弗爐中，在500 ℃保溫1 h，進(jìn)行退火，完成樣品制備。

1.3 XRF測(cè)定條件

測(cè)試前首先采用Ag標(biāo)樣初始化，初始化條件為：管壓40 kV，管流200 mA，5號(hào)濾光片。玻璃成分定量分析時(shí)的測(cè)試條件為：

（1）SiO2，Al2O3，CaO，MgO，Na2O等 成 分 質(zhì) 量分?jǐn)?shù)的測(cè)試條件為管壓9kV，管流400 mA，1號(hào)濾光片，樣品室抽真空，計(jì)數(shù)率1000～4000/s，通道50～420，測(cè)量時(shí)間150 s。

（2）Sb2O5， BaO，V2O5等成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)試條件為管壓45 kV，管流500 mA，5號(hào)濾光片，樣品室不抽真空，計(jì)數(shù)率1000～4000/s，通道421～4046，測(cè)量時(shí)間100 s。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備

本文采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行玻璃成分的X射線熒光光譜定量分析。即采用與待測(cè)玻璃相同元素組成的不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)樣品，采用容量法測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)樣品的玻璃成分，然后使用XRF測(cè)試，測(cè)量各峰的峰面積或峰高，用峰面積或峰高對(duì)各成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

標(biāo)準(zhǔn)樣品選擇的化學(xué)組成與產(chǎn)品玻璃一致，質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍大于產(chǎn)品玻璃的成分控制范圍。制備過程與前文所述的制樣過程一致，本文所制備的標(biāo)準(zhǔn)樣品為5個(gè)。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

玻璃中各化學(xué)組成的測(cè)試條件如表1所示。

表1 玻璃中各種組分的測(cè)試條件

1.6 測(cè)定玻璃樣品

完成標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立后，將生產(chǎn)過程中的玻璃制成熔片后，即可采用XRF熒光光譜儀進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果討論

2.1 準(zhǔn)確度的評(píng)價(jià)

為驗(yàn)證熒光方法的準(zhǔn)確度，將生產(chǎn)過程中不同批次的樣品玻璃的XRF測(cè)試結(jié)果與采用容量法分析的結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)，結(jié)果如表2所示。

表2 XRF與容量法的測(cè)試結(jié)果比對(duì)

2.2 精密度的評(píng)價(jià)

選取同一樣品，在不同的時(shí)間測(cè)試若干次，對(duì)測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性或重現(xiàn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。測(cè)試結(jié)果如表3所示：

表3 XRF測(cè)試結(jié)果的精密度評(píng)價(jià)

表2的結(jié)果表明，兩者的成分分析結(jié)果基本 一致。

上表的結(jié)果表明，XRF定量分析的結(jié)果重復(fù)性良好。

3 結(jié)論

采用XRF能夠快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行玻璃成分分析，測(cè)試結(jié)果與容量法的檢測(cè)結(jié)果一致，有利于在玻璃或玻璃纖維生產(chǎn)過程中進(jìn)行快速成分分析，控制玻璃成分的波動(dòng)，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，通過本文研究主要結(jié)論如下：

（1）與玻璃磨粉后采用甲基纖維素及硼酸的壓片方法比較，采用玻璃熔片的標(biāo)準(zhǔn)樣品能夠長久的保存，定期對(duì)XRF設(shè)備進(jìn)行校正。

（2）制備標(biāo)準(zhǔn)樣品時(shí)，組成標(biāo)準(zhǔn)樣品的元素種類與待測(cè)樣品應(yīng)一致，標(biāo)準(zhǔn)樣品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍應(yīng)大于待測(cè)樣品的成分控制范圍，且待測(cè)樣品的制備方法與標(biāo)樣的制備方法應(yīng)一致，否則會(huì)導(dǎo)致測(cè)試的數(shù)據(jù)誤差增加。

（3）建立標(biāo)準(zhǔn)曲線的樣品不能少于5個(gè)，這樣才能建立可靠的標(biāo)準(zhǔn)曲線。